Go后端开发 -- 反射reflect

Go后端开发 – 反射reflect && 结构体标签

---

一、反射reflect

1.编程语言中反射的概念

在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们能够自描述和自控制。也就是说，这类应用通过采用某种机制来实现对自己行为的描述（self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用所描述行为的状态和相关的语义。

每种语言的反射模型都不同，并且有些语言根本不支持反射。Golang语言实现了反射，反射机制就是在运行时动态的调用对象的方法和属性，官方自带的reflect包就是反射相关的，只要包含这个包就可以使用。
Golang的gRPC也是通过反射实现的。

2.interface 和反射

Golang关于类型设计的一些原则

• 变量包括（type, value）两部分

• type 包括 static type和concrete type，简单来说 static type是你在编码是看见的类型(如int、string)，concrete type是runtime系统看见的类型

• 类型断言能否成功，取决于变量的concrete type，而不是static type. 因此，一个 reader变量如果它的concrete type也实现了write方法的话，它也可以被类型断言为writer.
  

• 反射就是找到当前interface变量的concrete type具体类型，也可以得到当前变量的值

• 反射，就是建立在类型之上的，Golang的指定类型的变量的类型是静态的（也就是指定int、string这些的变量，它的type是static type），在创建变量的时候就已经确定，反射主要与Golang的interface类型相关（它的type是concrete type），只有interface类型才有反射一说。

3.变量内置的pair结构

在Golang的实现中，每个interface变量都有一个对应pair，pair中记录了实际变量的值和类型：(value, type)

• value是实际变量值，type是实际变量的类型。一个interface{}类型的变量包含了2个指针，一个指针指向值的类型【对应concrete type】，另外一个指针指向实际的值【对应value】。

实例1：

package pair_go

import "fmt"

func Pair() {
	var str string
	// pair<type:string, value:"lisi">
	str = "lisi"

	var allType interface{}
	// str的pair传递给allType了
	// pair<type:string, value:"lisi">
	allType = str

	value, ok := allType.(string)
	if ok {
		fmt.Println(value)
	}
}

• 上述实例中，变量str的pair为pair<type:string, value:"lisi">，将str赋值给interface{}类型的变量allType，在赋值的同时，pair也会传递，因此allType的pair为pair<type:string, value:"lisi">

实例2：

package pair_go

import (
	"fmt"
	"io"
	"os"
)

func Pair() {
	//以读写状态打开当前Linux终端
	//tty pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
	tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
	if err != nil {
		fmt.Println("open file error", err)
		return
	}

	// r pair<tye:  value:  >
	var r io.Reader
	// r pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
	r = tty

	// w pair<tye:  value:  >
	var w io.Writer
	// w pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
	w = r.(io.Writer)

	w.Write([]byte("hello, this is a test!!\n"))
}

• 上述实例中，以读写状态打开当前Linux终端，变量tty的pair是tty pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
• io.Reader类型是interface类型的，包含一个接口，将一个文件读到p指向的内存中，给r赋值tty后，此时r变量的pair是pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
  
• io.Writer类型与io.Reader类似，也是interface类型，将r强转为io.Writer类型并赋值给w，此时w的pair为pair<tye:*os.File, value:"/dev/tty"文件描述符>
  
• 以上实例说明一个变量在赋值的时候，pair也会传递给被赋值的变量，并且该pair是连续不变的

实例3：

• 两个interface类型都被同一个结构体类型重写，那么这两个interface类型是可以互相断言的，因为其具体的类型是一致的

package pair_go

import (
	"fmt"
)

type Reader interface {
	ReadBook()
}

type Writer interface {
	WriteBook()
}

// 具体的类型
type Book struct {
}

func (b *Book) ReadBook() {
	fmt.Println("Read a book")
}

func (b *Book) WriteBook() {
	fmt.Println("Write a book")
}

func Pair() {
	// b pair<type:*Book, value:Book{}地址>
	b := &Book{}

	// r pair<type:, value:>
	var r Reader
	// r pair<type:*Book, value:Book{}地址>
	r = b
	r.ReadBook()

	// r pair<type:, value:>
	var w Writer
	// r pair<type:*Book, value:Book{}地址>
	w = r.(Writer) // 此处的断言为什么会成功，因为w r具体的type是一致的
					//因为Book重写了Reader和Writer，因此Reader和Writer都能指向Book对象，因此他们两个之间是能够互相断言的
	w.WriteBook()
}

• 上述实例中，Reader和Writer是两个interface类型，分别有一个接口ReadBook和WriteBook，Book结构体分别重写了这两个接口，因此Reader和Writer的对象都能够指向Book类型的对象
• 在Reader对象r指向了Book对象之后，Writer对象w可以通过r.(Writer)断言，是因为w和r具体的type是一致的，Book重写了Reader和Writer，因此Reader和Writer都能指向Book对象，因此他们两个之间是能够互相断言的

4.reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

既然反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。那么在Golang的reflect反射包中有什么样的方式可以让我们直接获取到变量内部的信息呢？ 它提供了两种类型（或者说两个方法）让我们可以很容易的访问接口变量内容，分别是reflect.ValueOf() 和 reflect.TypeOf()，看看官方的解释

// ValueOf returns a new Value initialized to the concrete value
// stored in the interface i.  ValueOf(nil) returns the zero 
func ValueOf(i interface{}) Value {...}

//ValueOf用来获取输入参数接口中的数据的值，如果接口为空则返回0


// TypeOf returns the reflection Type that represents the dynamic type of i.
// If i is a nil interface value, TypeOf returns nil.
func TypeOf(i interface{}) Type {...}

//TypeOf用来动态获取输入参数接口中的值的类型，如果接口为空则返回nil

• reflect.TypeOf()是获取pair中的type，reflect.ValueOf()获取pair中的value

1. reflect.TypeOf： 直接给到了我们想要的type类型，如float64、int、各种pointer、struct 等等真实的类型
2. reflect.ValueOf：直接给到了我们想要的具体的值，如1.2345这个具体数值，或者类似&{1 “Allen.Wu” 25} 这样的结构体struct的值
3. 也就是说明反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”，反射类型指的是reflect.Type和reflect.Value这两种

实例1：

package reflect_go

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func reflectNum(arg interface{}) {
	fmt.Println("type: ", reflect.TypeOf(arg))
	fmt.Println("value: ", reflect.ValueOf(arg))
}

func Reflect() {
	var num1 float64 = 1.2345
	reflectNum(num1)
}

5.从relfect.Value中获取接口interface的信息

• 当执行reflect.ValueOf(interface)之后，就得到了一个类型为relfect.Value变量，可以通过它本身的Interface()方法获得接口变量的真实内容，然后可以通过类型判断进行转换，转换为原有真实类型。不过，我们可能是已知原有类型，也有可能是未知原有类型，因此，下面分两种情况进行说明。

1. 已知原有类型【进行“强制转换”】
   已知类型后转换为其对应的类型的做法如下，直接通过Interface方法然后强制转换，如下：

• Golang 对类型要求非常严格，类型一定要完全符合

realValue := value.Interface().(已知的类型)

实例1

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	value := reflect.ValueOf(num)

	// 可以理解为“强制转换”，但是需要注意的时候，转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接panic
	// Golang 对类型要求非常严格，类型一定要完全符合
	// 如下两个，一个是*float64，一个是float64，如果弄混，则会panic
	convertPointer := pointer.Interface().(*float64) //返回的是*float64类型的变量
	convertValue := value.Interface().(float64) // 返回的是float64类型的变量
	convertInterface := value.Interface() // 返回的是Interface()类型的变量

	fmt.Printf("%T\n", convertPointer)
	fmt.Println(convertPointer)

	fmt.Printf("%T\n", convertValue)
	fmt.Println(convertValue)

	val, ok := convertInterface.(float64) //interface类型的变量可以断言
	if ok {
		fmt.Printf("convertInterface is %T type\n", val)
	}
}

• 上述实例获取了num变量的relfect.Value变量，可以通过value.Interface().(已知的类型)方法进行强制类型转换
• value.Interface().(已知的类型)返回的值类型是具体的类型，value.Interface()返回的是interface类型
• value.Interface().(已知的类型)转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接panic，类型要求非常严格！
• 转换的时候，要区分是指针还是值
• 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

2. 未知原有类型【遍历探测其Filed】

• 可以通过reflect包内的函数获取结构体的字段及方法
• 通过type.NumField()可以获取结构体字段的数量，type.Field(i)可以获取第i个字段，进而获取字段的类型和字段名
• 通过value.Field(i).Interface()可以获取第i个字段的值
• 通过type.NumMethod()可以获取成员方法的数量，type.Method(i)获取第i个成员方法，进而获取方法的类型和方法名
• 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

实例2：

package reflect_go

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Name string
	Sex  string
	Age  int
}

func (usr User) Call() {
	fmt.Println("user os called..")
	fmt.Println(usr)
}

func Reflect() {
	User1 := User{"zhangsan", "male", 16}
	DoFiledAndMethod(User1)
}

func DoFiledAndMethod(input interface{}) {
	//获取type
	inputType := reflect.TypeOf(input)
	fmt.Println("input type: ", inputType)
	//获取value
	inputValue := reflect.ValueOf(input)
	fmt.Println("input value: ", inputValue)
	//通过type获取里面的字段
	//1.获取interface的reflect.Type，通过Type得到NumField，进行遍历
	//2.得到每个field，数据类型
	//3.通过field中有一个Interface()方法，得到对应的value
	for i := 0; i < inputType.NumField(); i++ {
		field := inputType.Field(i)              //取出第i个字段
		value := inputValue.Field(i).Interface() //取出第i个字段的值

		fmt.Println(field.Name, field.Type, value)
	}

	//通过type获取里面的方法
	for i := 0; i < inputType.NumMethod(); i++ {
		m := inputType.Method(i)
		fmt.Println(m.Name, m.Type)
	}
}

6.通过reflect.Value设置实际变量的值

• reflect.Value是通过reflect.ValueOf(X)获得的，只有当X是指针的时候，才可以通过reflec.Value修改实际变量X的值，即：要修改反射类型的对象就一定要保证其值是“addressable”的。

实例：

package reflect_go

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Name string
	Sex  string
	Age  int
}

func (usr User) Call() {
	fmt.Println("user os called..")
	fmt.Println(usr)
}

func Reflect() {
	User1 := User{"zhangsan", "male", 16}
	
	ChangeValue(User1)
}

func ChangeValue(input interface{}) {
	// 通过reflect.ValueOf获取num中的reflect.Value，注意，参数必须是指针才能修改其值
	pointer := reflect.ValueOf(&input)
	//Elem返回v持有的接口保管的值的Value封装，或者v持有的指针指向的值的Value封装。
	//如果v的Kind不是Interface或Ptr会panic；如果v持有的值为nil，会返回Value零值。
	newValue := pointer.Elem()

	fmt.Println("pointer: type of pointer: ", pointer.Type())
	fmt.Println("pointer: settability of pointer: ", pointer.CanSet())

	fmt.Println("newValue: type of pointer: ", newValue.Type())
	fmt.Println("newValue: settability of pointer: ", newValue.CanSet())

	//重新赋值
	u := User{"lisi", "male", 25}
	val := reflect.ValueOf(u)
	newValue.Set(val)

	fmt.Println("new value: ", input)
}

• 在上述实例中，使用interface{}通用接口接收User类型的数据，pointer被赋值为reflect.ValueOf(&input)，也就是input的指针的Value，只有通过reflect拿到其指针，才能够修改数据
• reflect.Value.Elem()表示获取原始值对应的反射对象，只有原始对象才能修改，当前反射对象是不能修改的，会返回v持有的接口保管的值的Value封装，或者v持有的指针指向的值的Value封装，如果v的类型不是interface或者指针，则pointer.Elem()会panic，我们通过Elem()拿到了pointer指针指向的Value，可以通过该Value更改原数据的值
• 也就是说如果要修改反射类型对象，其值必须是“addressable”【对应的要传入的是指针，同时要通过Elem方法获取原始值对应的反射对象】
• newValue.CantSet()表示是否可以重新设置其值，如果输出的是true则可修改，否则不能修改
• 通过输出pointer和newValue变量的Type()和CanSet()，可以看出：pointer的类型是*interface {}，其值是不可以更改的；newValue的类型是interface {}，其值是可以更改的；
• 我们可以通过Set()方法更改实际变量的值，注意Set()参数的类型需要是reflect.Value，因此还需要将新的值通过reflect.ValueOf()提取Value，再传入Set()；如果实际变量是一般类型，可以通过SetInt()、SetFloat()方法直接更改
• 最终输出input变量的值，发现其被更改成功

7.通过reflect.ValueOf来进行方法的调用

这算是一个高级用法了，前面我们只说到对类型、变量的几种反射的用法，包括如何获取其值、其类型、如果重新设置新值。但是在工程应用中，另外一个常用并且属于高级的用法，就是通过reflect来进行方法【函数】的调用。比如我们要做框架工程的时候，需要可以随意扩展方法，或者说用户可以自定义方法，那么我们通过什么手段来扩展让用户能够自定义呢？关键点在于用户的自定义方法是未可知的，因此我们可以通过reflect来搞定

• 要通过反射来调用起对应的方法，必须要先通过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，得到“反射类型对象”后才能做下一步处理
• reflect.Value.MethodByName:需要指定准确真实的方法名字，如果错误将直接panic，MethodByName返回一个函数值对应的reflect.Value方法的名字。
• []reflect.Value，这个是最终需要调用的方法的参数，可以没有或者一个或者多个，根据实际参数来定。
• reflect.Value.Call() 这个方法，将最终调用真实的方法，参数务必保持一致，如果reflect.Value的类型不是一个方法，那么将直接panic。
• 本来可以用u.ReflectCallFuncXXX直接调用的，但是如果要通过反射，那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，然后通过反射调用methodValue.Call

实例1：

package reflect_go

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Name string
	Sex  string
	Age  int
}

func (usr User) ReflectCallFuncHasArgs(name string, age int) {
	fmt.Println("ReflectCallFuncHasArgs name:", name, "age", age)
}

func (usr User) ReflectCallFuncNoArgs() {
	fmt.Println("ReflectCallFuncNoArgs")
}

func Reflect() {
	User1 := User{"zhangsan", "male", 16}

	callFunc(User1)
}

func callFunc(input interface{}) {
	//获取Value对象
	getValue := reflect.ValueOf(input)

	//有参调用
	//获取方法,一定要指定参数为正确的方法名
	method1 := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncHasArgs")
	//参数列表
	args := []reflect.Value{reflect.ValueOf("xiaozhang"), reflect.ValueOf(18)}
	//调用
	method1.Call(args)

	//无参调用
	method2 := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncNoArgs")
	//无参，也要传入空的args
	args = make([]reflect.Value, 0)
	//或者 args2 = []reflect.Value{}
	method2.Call(args)
}

• 上述实例中，args为参数列表，是[]reflect.Value{}类型的，需要传入该函数所需参数的reflect.Value值，若函数无参，则args为空即可；

通过reflect.Type可以获取方法

package reflect_go

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Name string
	Sex  string
	Age  int
}

func (usr User) ReflectCallFuncHasArgs(name string, age int) {
	fmt.Println("ReflectCallFuncHasArgs name:", name, "age", age)
}

func (usr User) ReflectCallFuncNoArgs() {
	fmt.Println("ReflectCallFuncNoArgs")
}

func Reflect() {
	User1 := User{"zhangsan", "male", 16}

	callFunc(User1)
}

func callFunc(input interface{}) {
	//获取Value对象
	getType := reflect.TypeOf(input)

	//获取方法
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
		method := getType.Method(i)
		fmt.Println("name:", method.Name, "type:", method.Type)
	}
}

8.Golang的反射reflect性能

Golang的反射很慢，这个和它的API设计有关。在 java 里面，我们一般使用反射都是这样来弄的。

Field field = clazz.getField("hello");
field.get(obj1);
field.get(obj2);

这个取得的反射对象类型是 java.lang.reflect.Field。它是可以复用的。只要传入不同的obj，就可以取得这个obj上对应的 field。

但是Golang的反射不是这样设计的:

type_ := reflect.TypeOf(obj)
field, _ := type_.FieldByName("hello")

这里取出来的 field 对象是 reflect.StructField 类型，但是它没有办法用来取得对应对象上的值。如果要取值，得用另外一套对object，而不是type的反射

type_ := reflect.ValueOf(obj)
fieldValue := type_.FieldByName("hello")

这里取出来的 fieldValue 类型是 reflect.Value，它是一个具体的值，而不是一个可复用的反射对象了，每次反射都需要malloc这个reflect.Value结构体，并且还涉及到GC。

Golang reflect慢主要有两个原因

• 涉及到内存分配以及后续的GC；
• reflect实现里面有大量的枚举，也就是for循环，比如类型之类的.

9.reflect总结

上述详细说明了Golang的反射reflect的各种功能和用法，都附带有相应的示例，相信能够在工程应用中进行相应实践，总结一下就是：

• 反射可以大大提高程序的灵活性，使得interface{}有更大的发挥余地
  • 反射必须结合interface才玩得转
  • 变量的type要是concrete type的（也就是interface变量）才有反射一说
• 反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”
  • 反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函数从接口中获取目标对象信息
• 反射可以将“反射类型对象”转换为“接口类型变量
  • reflect.value.Interface().(已知的类型)
  • 遍历reflect.Type的Field获取其Field
• 反射可以修改反射类型对象，但是其值必须是“addressable”
  • 想要利用反射修改对象状态，前提是 interface.data 是 settable,即 pointer-interface
• 通过反射可以“动态”调用方法
• 因为Golang本身不支持模板，因此在以往需要使用模板的场景下往往就需要使用反射(reflect)来实现

10.reflect的基本原理

二、结构体标签

1.结构体标签的作用

结构体标签需要通过反射来实现；

• 结构体标签是定义在结构体元素之后的，通过``来标识，标签是key:value结构：

type Resume struct {
	Name string `info:"name" doc:"我的名字"`
	Sex  string `info:"sex"`
}

• 结构体标签的主要作用是其他的包再倒入当前结构体属性的时候，来判断该属性对其他包的作用，起到说明的作用

2.得到结构体标签

• 首先通过reflect.TypeOf(input).Elem()来得到结构体的所有元素（注意：input的类型需要是interface{}或者指针）
• 再通过type.Field(i).Tag.Get(key)来获取标签的key对应的value

package struct_tag

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

// Golang允许向结构体字段后面绑定标签，使用kv格式
// 主要作用是其他的包再倒入当前结构体属性的时候，来判断该属性对其他包的作用，起到说明的作用
type Resume struct {
	Name string `info:"name" doc:"我的名字"`
	Sex  string `info:"sex"`
}

func findTag(input interface{}) {
	//通过reflect来得到标签
	t := reflect.TypeOf(input).Elem() // 得到当前结构体的全部元素
	for i := 0; i < t.NumField(); i++ {
		tagInfo := t.Field(i).Tag.Get("info") // 通过标签的key找到标签的value
		tagDoc := t.Field(i).Tag.Get("doc")
		fmt.Println("info:", tagInfo, "doc", tagDoc)
	}
}

func StructTag() {
	var re Resume
	findTag(&re)
}

3.结构体标签在json中的应用